Los sistemas de drenaje sostenibles (también conocidos como SuDS , [1] SUDS , [2] [3] o sistemas de drenaje urbano sostenible [4] ) son un conjunto de prácticas de gestión del agua que tienen como objetivo alinear los sistemas de drenaje modernos con los procesos naturales del agua y son parte de una estrategia más amplia de infraestructura verde . [5] Los esfuerzos de SuDS hacen que los sistemas de drenaje urbano sean más compatibles con componentes del ciclo natural del agua, como los desbordes de las marejadas ciclónicas , la percolación del suelo y la biofiltración. Estos esfuerzos esperan mitigar el efecto que el desarrollo humano ha tenido o puede tener en el ciclo natural del agua , en particular la escorrentía superficial y las tendencias de contaminación del agua. [6]
Los SuDS se han vuelto populares en las últimas décadas a medida que ha aumentado la comprensión de cómo el desarrollo urbano afecta los entornos naturales, así como la preocupación por el cambio climático y la sostenibilidad. Los SuDS suelen utilizar componentes construidos que imitan las características naturales para integrar los sistemas de drenaje urbano en los sistemas de drenaje natural o en un sitio de la manera más eficiente y rápida posible. La infraestructura SUDS se ha convertido en una gran parte del proyecto de demostración de Blue-Green Cities en Newcastle upon Tyne . [7]
Se han encontrado sistemas de drenaje en ciudades antiguas de más de 5.000 años, incluidas las civilizaciones minoica, indo, persa y mesopotámica. [8] Estos sistemas de drenaje se centraron principalmente en reducir las molestias causadas por inundaciones localizadas y aguas residuales. Los sistemas rudimentarios hechos de canales de ladrillo o piedra constituyeron el alcance de las tecnologías de drenaje urbano durante siglos. Las ciudades de la Antigua Roma también empleaban sistemas de drenaje para proteger las zonas bajas del exceso de lluvia. Cuando los constructores comenzaron a construir acueductos para importar agua dulce a las ciudades, los sistemas de drenaje urbano se integraron por primera vez en la infraestructura de suministro de agua como un ciclo urbano unificado del agua. [9]
Los sistemas de drenaje modernos no aparecieron hasta el siglo XIX en Europa occidental, aunque la mayoría de estos sistemas se construyeron principalmente para abordar los problemas de aguas residuales derivados de la rápida urbanización . Un ejemplo de ello es el del sistema de alcantarillado de Londres , que se construyó para combatir la contaminación masiva del río Támesis . En ese momento, el río Támesis era el componente principal del sistema de drenaje de Londres, y los desechos humanos se concentraban en las aguas adyacentes al centro urbano densamente poblado. Como resultado, varias epidemias plagaron a los residentes de Londres e incluso a miembros del Parlamento , incluidos eventos conocidos como el brote de cólera de Broad Street de 1854 y el Gran Hedor de 1858 . [10] La preocupación por la salud pública y la calidad de vida impulsó varias iniciativas, que finalmente desembocaron en la creación del moderno sistema de alcantarillado de Londres diseñado por Joseph Bazalgette . [11] Este nuevo sistema tenía como objetivo explícito garantizar que las aguas residuales se redirigiran lo más lejos posible de las fuentes de suministro de agua para reducir la amenaza de patógenos transmitidos por el agua . Desde entonces, la mayoría de los sistemas de drenaje urbano han tenido objetivos similares de prevenir crisis de salud pública.
En las últimas décadas, a medida que el cambio climático y las inundaciones urbanas se han convertido en desafíos cada vez más urgentes, los sistemas de drenaje diseñados específicamente para la sostenibilidad ambiental se han vuelto más populares tanto en el mundo académico como en la práctica. El primer sistema de drenaje sostenible que utilizó un tren de gestión completo que incluía el control de fuentes en el Reino Unido fue la estación de la autopista de servicios de Oxford diseñada por los especialistas de SuDS, Robert Bray Associates [12]. Originalmente, el término SUDS describía el enfoque del Reino Unido hacia los sistemas de drenaje urbano sostenible. Es posible que estos desarrollos no necesariamente se realicen en áreas "urbanas" y, por lo tanto, la parte "urbana" de SuDS ahora generalmente se elimina para reducir la confusión. Otros países cuentan con enfoques similares utilizando una terminología diferente, como mejores prácticas de gestión (BMP) y desarrollo de bajo impacto en los Estados Unidos, [13] diseño urbano sensible al agua (WSUD) en Australia, [14] diseño urbano de bajo impacto y desarrollo (LIUDD) en Nueva Zelanda, [15] y gestión integral de cuencas fluviales urbanas en Japón. [14]
El informe definitivo del Consejo Nacional de Investigación sobre la gestión de aguas pluviales urbanas describió que los sistemas de drenaje urbano comenzaron en los Estados Unidos después de la Segunda Guerra Mundial. Estas estructuras se basaban en simples captadores y tuberías para trasladar el agua fuera de las ciudades. [16] La gestión de las aguas pluviales urbanas comenzó a evolucionar más en la década de 1970, cuando los arquitectos paisajistas se centraron más en el desarrollo de bajo impacto y comenzaron a utilizar prácticas como canales de infiltración. [16] Paralelamente a esta época, los científicos comenzaron a preocuparse por otros peligros de las aguas pluviales relacionados con la contaminación. Estudios como el Programa Nacional de Escorrentía Urbana demostraron que la escorrentía urbana contenía contaminantes como metales pesados, sedimentos y patógenos, todos los cuales el agua puede recoger a medida que fluye fuera de superficies impermeables . [17] Fue a principios del siglo XXI cuando se popularizó la infraestructura de aguas pluviales para permitir que la escorrentía se infiltrara cerca de la fuente. Esto fue casi al mismo tiempo que se acuñó el término infraestructura verde. [18]
Los sistemas de drenaje urbano tradicionales están limitados por varios factores, entre ellos la capacidad de volumen, los daños o la obstrucción por escombros y la contaminación del agua potable. Muchos de estos problemas se abordan con los sistemas SuDS evitando por completo los sistemas de drenaje tradicionales y devolviendo el agua de lluvia a fuentes o arroyos naturales lo antes posible. La creciente urbanización ha causado problemas con el aumento de inundaciones repentinas después de lluvias repentinas. A medida que las áreas de vegetación son reemplazadas por concreto, asfalto o estructuras techadas, dando lugar a superficies impermeables , el área pierde su capacidad de absorber el agua de lluvia. En cambio, esta lluvia se dirige a los sistemas de drenaje de aguas superficiales, a menudo sobrecargándolos y provocando inundaciones.
El objetivo de todos los sistemas de drenaje sostenibles es utilizar la lluvia para recargar las fuentes de agua de un sitio determinado. Estas fuentes de agua a menudo se encuentran debajo del nivel freático , arroyos, lagos u otras fuentes de agua dulce similares. Por ejemplo, si un sitio está sobre un acuífero no consolidado , entonces SuDS tendrá como objetivo dirigir toda la lluvia que caiga sobre la capa superficial hacia el acuífero subterráneo lo más rápido posible. Para lograr esto, SuDS utiliza varias formas de capas permeables para garantizar que el agua no sea capturada ni redirigida a otro lugar. A menudo estas capas incluyen suelo y vegetación, aunque también pueden ser materiales artificiales.
El paradigma de las soluciones SuDS debería ser el de un sistema fácil de gestionar, que requiera poco o ningún aporte de energía (excepto de fuentes ambientales como la luz solar, etc.), resistente al uso y que sea ambiental y estéticamente atractivo. Ejemplos de este tipo de sistema son cuencas (depresiones paisajísticas poco profundas que están secas la mayor parte del tiempo cuando no llueve), jardines de lluvia (depresiones paisajísticas poco profundas con plantas arbustivas o herbáceas), zanjas (zanjas poco profundas, normalmente secas y de base ancha ). ), drenajes filtrantes (zanjas de drenaje llenas de grava), cuencas de bioretención (depresiones poco profundas con capas de filtración de grava y/o arena debajo del medio de cultivo), cañaverales y otros hábitats de humedales que recolectan, almacenan y filtran agua sucia además de proporcionar un hábitat. para la vida silvestre.
Un error común sobre los SuDS es que reducen las inundaciones en el sitio de desarrollo. De hecho, el SuDS está diseñado para reducir el impacto que el sistema de drenaje de aguas superficiales de un sitio tiene en otros sitios. Por ejemplo, las inundaciones de las alcantarillas son un problema en muchos lugares. Pavimentar o construir sobre terrenos puede provocar inundaciones repentinas. Esto sucede cuando los caudales que ingresan a una alcantarilla exceden su capacidad y ésta se desborda. El sistema SuDS tiene como objetivo minimizar o eliminar las descargas del sitio, reduciendo así el impacto, la idea es que si todos los sitios de desarrollo incorporaran SuDS, las inundaciones del alcantarillado urbano serían un problema menor. A diferencia de los sistemas tradicionales de drenaje de aguas pluviales urbanas , SuDS también puede ayudar a proteger y mejorar la calidad del agua subterránea.
Debido a que SuDS describe una colección de sistemas con componentes u objetivos similares, existe un gran cruce entre SuDS y otras terminologías que tratan del desarrollo urbano sostenible. [19] Los siguientes son ejemplos generalmente aceptados como componentes de un sistema SuDS:
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bioswales
Los bioswales son canales diseñados para concentrar y conducir el escurrimiento de aguas pluviales mientras eliminan los escombros y la contaminación . Los bioswales también pueden ser beneficiosos para recargar las aguas subterráneas .
Los bioswales suelen tener vegetación, mantillo o xerojardinería . [20] Consisten en un curso de drenaje sumergido con lados suavemente inclinados (menos del 6%). [21] : 19 El diseño de Bioswale tiene como objetivo maximizar de forma segura el tiempo que el agua pasa en el pantano , lo que ayuda a la recolección y eliminación de contaminantes, sedimentos y escombros. Dependiendo de la topografía del sitio, el canal bioswale puede ser recto o serpenteante. También es común agregar presas de control a lo largo del bioswale para aumentar la infiltración de aguas pluviales. La composición de un bioswale puede verse influenciada por muchas variables diferentes, incluido el clima, los patrones de lluvia, el tamaño del sitio, el presupuesto y la idoneidad de la vegetación.
Es importante mantener bioswales para garantizar la mejor eficiencia y eficacia posibles en la eliminación de contaminantes de la escorrentía de aguas pluviales. La planificación del mantenimiento es un paso importante, que puede incluir la introducción de filtros o piedras grandes para evitar obstrucciones. El mantenimiento anual mediante pruebas del suelo, inspección visual y pruebas mecánicas también es crucial para la salud de un bioswale.
Los bioswales se aplican comúnmente a lo largo de las calles y alrededor de los estacionamientos , donde una cantidad sustancial de contaminación automotriz se deposita en el pavimento y es arrastrada por la primera lluvia, conocida como la primera descarga . Se pueden crear biofiltros u otros tipos de biofiltros alrededor de los bordes de los estacionamientos para capturar y tratar la escorrentía de aguas pluviales antes de liberarla a la cuenca o al alcantarillado pluvial .Pavimento permeable
Las superficies de pavimento permeables están hechas de un material poroso que permite que el agua de lluvia fluya a través de él o de bloques no porosos espaciados para que el agua pueda fluir entre los espacios. El pavimento permeable también puede incluir una variedad de técnicas de pavimentación para carreteras, estacionamientos y pasarelas peatonales. Las superficies de pavimento permeables pueden estar compuestas por: hormigón permeable , asfalto poroso, adoquines o adoquines entrelazados. [22] A diferencia de los materiales de pavimentación impermeables tradicionales , como el hormigón y el asfalto, los sistemas de pavimentación permeables permiten que el agua de lluvia se filtre y se infiltre a través del pavimento y en las capas de agregado y/o el suelo debajo. Además de reducir la escorrentía superficial, los sistemas de pavimentación permeables pueden atrapar sólidos suspendidos, filtrando así los contaminantes de las aguas pluviales. [23]
El pavimento permeable se utiliza comúnmente en carreteras, caminos y estacionamientos sujetos a tráfico de vehículos ligeros, como carriles para bicicletas , carriles de servicio o acceso de emergencia, arcenes de carreteras y aeropuertos, y aceras y caminos residenciales.Humedales
Se pueden construir humedales artificiales en áreas que experimentan grandes volúmenes de marejadas o escorrentías de aguas pluviales. Construidos para replicar marismas y humedales poco profundos, las BMP recolectan y filtran agua a escalas mayores que los bioswales o los jardines de lluvia. A diferencia de los bioswales, los humedales artificiales están diseñados para replicar los procesos de los humedales naturales en lugar de tener un mecanismo diseñado dentro del humedal artificial. Debido a esto, la ecología del humedal (componentes del suelo, agua, vegetación, microbios, procesos solares, etc.) se convierte en el principal sistema para eliminar contaminantes. [24] El agua en un humedal artificial tiende a filtrarse lentamente en comparación con los sistemas con componentes mecanizados o diseñados explícitamente.
Los humedales se pueden utilizar para concentrar grandes volúmenes de escorrentía de áreas y vecindarios urbanos. En 2012, el Parque de los Humedales del Sur de Los Ángeles se construyó en un distrito del centro de la ciudad densamente poblado como una renovación de un antiguo patio de autobuses del Metro de Los Ángeles . [25] El parque está diseñado para capturar la escorrentía de las superficies circundantes, así como el desbordamiento de aguas pluviales del actual sistema de drenaje de la ciudad. [26]
Cuencas de retención
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Una cuenca de retención, a veces llamada laguna de retención, cuenca de detención húmeda o laguna de manejo de aguas pluviales (SWMP), es una laguna artificial con vegetación alrededor del perímetro y una piscina permanente de agua en su diseño. [27] [28] [29] Se utiliza para gestionar la escorrentía de aguas pluviales , para protección contra inundaciones , para control de la erosión y para servir como humedal artificial y mejorar la calidad del agua en cuerpos de agua adyacentes.
Se distingue de una cuenca de detención , a veces llamada "estanque seco", que almacena agua temporalmente después de una tormenta, pero eventualmente se vacía a un ritmo controlado hacia un cuerpo de agua aguas abajo. También se diferencia de una cuenca de infiltración que está diseñada para dirigir las aguas pluviales hacia las aguas subterráneas a través de suelos permeables.
Los estanques húmedos se utilizan con frecuencia para mejorar la calidad del agua, recargar las aguas subterráneas , proteger contra inundaciones , mejorar la estética o cualquier combinación de estos. A veces actúan como reemplazo de la absorción natural de un bosque u otro proceso natural que se perdió cuando se desarrolló un área. Como tal, estas estructuras están diseñadas para integrarse en los vecindarios y verse como un servicio. [30]
En las zonas urbanas, las superficies impermeables (techos, caminos) reducen el tiempo que pasan las precipitaciones antes de ingresar al sistema de drenaje de aguas pluviales. Si no se controla, esto provocará inundaciones generalizadas río abajo. La función de un estanque de aguas pluviales es contener esta oleada y liberarla lentamente. Esta liberación lenta mitiga el tamaño y la intensidad de las inundaciones inducidas por tormentas en las aguas receptoras aguas abajo. Los estanques de aguas pluviales también recogen sedimentos suspendidos, que a menudo se encuentran en altas concentraciones en las aguas pluviales debido a la construcción río arriba y a las aplicaciones de arena en las carreteras.Techos verdes
Un techo verde o techo vivo es un techo de un edificio que está parcial o totalmente cubierto con vegetación y un medio de cultivo, plantado sobre una membrana impermeabilizante . También puede incluir capas adicionales, como una barrera contra raíces y sistemas de drenaje e riego . [31] Los jardines de contenedores en los techos, donde las plantas se mantienen en macetas, generalmente no se consideran verdaderos techos verdes, aunque esto es objeto de debate. Los estanques en los tejados son otra forma de tejados verdes que se utilizan para tratar las aguas grises . [32] La vegetación, el suelo, la capa de drenaje, la barrera del techo y el sistema de riego constituyen el techo verde. [33]
Los techos verdes tienen varios propósitos para un edificio, como absorber el agua de lluvia , proporcionar aislamiento , crear un hábitat para la vida silvestre, aumentar la benevolencia [34] y disminuir el estrés de las personas alrededor del techo al proporcionar un paisaje más agradable desde el punto de vista estético y ayudar a reducir el estrés. temperaturas del aire urbano y mitigar el efecto isla de calor . [35] Los tejados verdes son adecuados para proyectos de modernización o reurbanización, así como para edificios nuevos, y pueden instalarse en pequeños garajes o en edificios industriales, comerciales y municipales más grandes. [31] Utilizan eficazmente las funciones naturales de las plantas para filtrar el agua y tratar el aire en paisajes urbanos y suburbanos. [36] Existen dos tipos de techos verdes: los techos intensivos, que son de mayor espesor, con una profundidad mínima de 12,8 cm ( 5+1 ⁄ 16 pulgadas), y pueden soportar una variedad más amplia de plantas, pero son más pesados y requieren más mantenimiento, y techos extensivos, que son poco profundos y varían en profundidad de2 a 12,7 cm ( 13 ⁄ 16 a 5 pulgadas), más livianos que los intensivos. techos verdes y requieren un mantenimiento mínimo. [37]
El término techo verde también puede usarse para indicar techos que utilizan algún tipo de tecnología verde, como un techo fresco , un techo con colectores solares térmicos o paneles fotovoltaicos . Los techos verdes también se conocen como techos ecológicos , oikosteges , techos con vegetación , techos vivos , techos verdes y VCP H [38] (Particiones complejas con vegetación horizontal).Los jardines de lluvia son una forma de gestión de aguas pluviales mediante la captura de agua. Los jardines de lluvia son áreas poco profundas y deprimidas en el paisaje, plantadas con arbustos y plantas que se utilizan para recolectar el agua de lluvia de los techos o el pavimento y permiten que el agua de lluvia se infiltre lentamente en el suelo. [39] Los jardines de lluvia imitan las funciones del paisaje natural al capturar aguas pluviales, filtrar contaminantes y recargar aguas subterráneas. [40] Un estudio realizado en 2008 explica cómo los jardines de lluvia y las jardineras de aguas pluviales son fáciles de incorporar en áreas urbanas donde mejorarán las calles al minimizar los efectos de la sequía y ayudar con la escorrentía de aguas pluviales. Las macetas para aguas pluviales pueden encajar fácilmente entre otros paisajes urbanos y son ideales en áreas donde el espacio es reducido. [41]
La desconexión de bajantes es una forma de infraestructura verde que separa los bajantes de techo del sistema de alcantarillado y redirige el escurrimiento de agua del techo hacia superficies permeables. [14] Puede usarse para almacenar aguas pluviales o permitir que el agua penetre en el suelo. La desconexión de la bajante es especialmente beneficiosa en ciudades con sistemas de alcantarillado combinados. Con grandes volúmenes de lluvia, los bajantes de los edificios pueden enviar 12 galones de agua por minuto al sistema de alcantarillado, lo que aumenta el riesgo de atascos en el sótano y desbordes del alcantarillado. [42]
La infraestructura verde mantiene las vías fluviales limpias y saludables de dos maneras principales; retención de agua y calidad del agua . Diferentes estrategias de infraestructura verde previenen la escorrentía al capturar la lluvia donde cae, permitiéndole filtrarse en el suelo para recargar el agua subterránea, regresar a la atmósfera a través de la evapotranspiración o reutilizarse para otros fines, como paisajismo. [43] La calidad del agua también mejora al disminuir la cantidad de aguas pluviales que llegan a otras vías fluviales y eliminar los contaminantes. La vegetación y el suelo ayudan a capturar y eliminar los contaminantes de las aguas pluviales de muchas maneras, como la adsorción, la filtración y la absorción por las plantas. [44] Estos procesos descomponen o capturan muchos de los contaminantes comunes que se encuentran en la escorrentía.
A medida que el cambio climático se intensifica, las fuertes tormentas son cada vez más frecuentes y también lo es el riesgo creciente de inundaciones y desbordamientos del sistema de alcantarillado. Según la EPA , es probable que el tamaño medio de una llanura aluvial de 100 años aumente un 45% en los próximos diez años. [45] Otro problema creciente son las inundaciones urbanas causadas por demasiada lluvia sobre superficies impermeables; las inundaciones urbanas pueden destruir vecindarios. [46] Afectan particularmente a los vecindarios minoritarios y de bajos ingresos y pueden dejar atrás problemas de salud como asma y enfermedades causadas por el moho. La infraestructura verde reduce los riesgos de inundaciones y refuerza la resiliencia climática de las comunidades al mantener la lluvia fuera de las alcantarillas y cursos de agua, capturándola donde cae. [47] [48]
Más de la mitad de la lluvia que cae en zonas urbanas cubiertas en su mayor parte por superficies impermeables acaba en forma de escorrentía. [49] Las prácticas de infraestructura verde reducen la escorrentía al capturar aguas pluviales y permitirles recargar los suministros de agua subterránea o ser recolectadas para fines como paisajismo. La infraestructura verde promueve la conservación de las precipitaciones mediante el uso de métodos de captura y técnicas de infiltración, por ejemplo, bioswales. Hasta el 75 por ciento de la lluvia que cae sobre un tejado se puede capturar y utilizar para otros fines. [50]
Una ciudad con kilómetros de pavimento oscuro y caliente absorbe e irradia calor a la atmósfera circundante a un ritmo mayor que un paisaje natural. [51] Este es el efecto de isla de calor urbana que causa un aumento en la temperatura del aire. La EPA estima que la temperatura promedio del aire de una ciudad con un millón de habitantes o más puede ser de 1,8 a 5,4 °F (1,0 a 3,0 °C) más cálida que la de las áreas circundantes. [51] Las temperaturas más altas reducen la calidad del aire al aumentar el smog . En Los Ángeles, un aumento de temperatura de 1 grado hace que el aire tenga aproximadamente un 3 por ciento más de smog. [52] Los techos verdes y otras formas de infraestructura verde ayudan a mejorar la calidad del aire y reducir el smog mediante el uso de vegetación. Las plantas no sólo proporcionan sombra para refrescarse, sino que también absorben contaminantes como el dióxido de carbono y ayudan a reducir la temperatura del aire mediante la evaporación y la evapotranspiración. [53]
Al mejorar la calidad del agua, reducir la temperatura del aire y la contaminación, la infraestructura verde proporciona muchos beneficios para la salud pública. El aire más fresco y limpio puede ayudar a reducir las enfermedades relacionadas con el calor, como el agotamiento y la insolación, así como problemas respiratorios como el asma. [54] Vías fluviales más limpias y saludables también significan menos enfermedades causadas por aguas y mariscos contaminados. Las zonas más verdes también promueven la actividad física y pueden mejorar la salud mental. [54]
La infraestructura verde suele ser más barata que las estrategias de gestión del agua más convencionales. Filadelfia descubrió que su nuevo plan de infraestructura verde costará 1.200 millones de dólares en 25 años, en comparación con los 6.000 millones de dólares que habría costado una infraestructura gris. [55] Los gastos de implementación de infraestructura verde suelen ser menores: plantar un jardín de lluvia para hacer frente al drenaje cuesta menos que cavar túneles e instalar tuberías. Pero incluso cuando no es más barata, la infraestructura verde sigue teniendo un buen efecto a largo plazo. Un techo verde dura el doble que un techo normal y los bajos costos de mantenimiento del pavimento permeable pueden representar una buena inversión a largo plazo. [56] La ciudad de West Union en Iowa determinó que podría ahorrar $2,5 millones durante la vida útil de un solo estacionamiento si utilizara pavimento permeable en lugar del asfalto tradicional. [57] La infraestructura verde también mejora la calidad del agua extraída de ríos y lagos para beber, lo que reduce los costos asociados con la purificación y el tratamiento, en algunos casos en más del 25 por ciento. [58] Y los techos verdes pueden reducir los costos de calefacción y refrigeración, lo que genera ahorros de energía de hasta un 15 por ciento. [59]
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